автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование износостойких и коррозионно-стойких покрытий вневакуумной электронно-лучевой наплавкой на низкоуглеродистую сталь

На правах рукописи

Крылова Татьяна Александровна

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ И КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКОЙ НА НИЗКОУГЛЕРОДИСТУЮ СТАЛЬ

Специальность 05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2011

4841539

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный сотрудник

Попетика Ирина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Кульков Сергей Николаевич

кандидат технических наук Гоччаренко Игорь Михайлович

Ведущая организация: Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет», г. Новосибирск

Защита диссертации состоится «28» января 2011 г. в 1600 на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 при ИФПМ СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан "22" декабря 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

О.В. Сизова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы большое развитие получили технологии наплавки защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных источников энергии. В работе использован новый эффективный источник с высокой объёмной и поверхностной концентрацией энергии - пучок релятивистских электронов. Ускорители электронов, созданные в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (далее ИЯФ СО РАН), позволяют выводить пучок в атмосферный воздух с энергией 1-1,6 МэВ и мощностью до 100 кВт. Производительность обработки при наплавке достигает 30 см7с. Метод дает возможность получать покрытия практически любого состава и назначения.

Для создания покрытий с высокими свойствами важен выбор наплавочных компонентов. Исходя из практики электро-дуговой наплавки, к существенному увеличению твердости и износостойкости приводит наплавка карбидом вольфрама. Улучшение структуры и свойств слоев, наплавленных карбидом вольфрама, может быть достигнуто термической обработкой и введением модифицирующих добавок.

Карбид вольфрама является дорогостоящим легирующим элементом, для его замены могут быть использованы более дешевые высокохромистые сплавы.

Хром является уникальным легирующим элементом, который способен обеспечить формирование одновременно износостойких и коррозионно-стойких покрытий. При этом важную роль играет выбор состава наплавляемых смесей, нахождение в них оптимальных соотношений концентраций составляющих компонентов - хрома и углерода. Поэтому создание на поверхности низкоуглеродистых сталей покрытий методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки карбидами вольфрама и хрома является весьма перспективной задачей.

Одним из путей дальнейшего улучшения свойств покрытий, наплавленных в пучке релятивистских электронов, может служить измельчение их структуры. На сегодняшний день, когда возможности изменения химического состава и термической обработки сплавов в основном исчерпаны, перевод в ультрадисперсное и нанокристал-лическое состояние представляется наиболее эффективным методом качественного изменения механических и физико-химических свойств кристаллических материалов. Наноструктуризация покрытий в работе осуществлена путем их переплавления низкоэнергетическими (5-30 кэВ) импульсными(30-200 мкс) электронными пучками, которые обеспечивают сверхвысокие (до 109 К/с) скорости нагрева, плавления и последующей кристаллизации. Измельчение структуры наплавленных слоев, достигаемое импульсной обработкой низкоэнергетическими электронами, способствует повышению имеющихся и получению новых свойств.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов: 05-03-32402-а, 08-03-00320-а, 09-03-12039 офи_м).

Цель работы - изучение закономерностей формирования износостойких, коррозионно-стойких и жаростойких покрытий мегодом наплавки в пучке релятивистских электронов и последующей обработки импульсным низкоэнергетическим электронным пучком.

Для достижения данной цели предполагалось решить следующие конкретные задачи:

1. Исследовать структуру и свойства покрытий, полученных наплавкой в пучке релятивистских электронов порошковых смесей на основе карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь, изучить влияние модифицирования и термической обработки.

2. Разработать режимы получения покрытий с высоким содержанием хрома в твердом растворе, обладающих повышенной коррозионной стойкостью и жаростойкостью, выяснить механизмы формирования защитных свойств.

3. Разработать покрытия с гетерофазной структурой, обеспечивающей одновременно высокую износостойкость и коррозионную стойкость, исследовать влияние термической обработки на структуру и механические свойства.

4. Изучить закономерности формирования ультрадисперсной и наноразмерной структуры, изменения твердости, износостойкости и характера разрушения покрытий после повторной импульсной обработки низкоэнергетическим электронным пучком.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Изучены закономерности формирования в пучке релятивистских электронов слоев наплавки карбидом вольфрама. Показана возможность получения спектра различных структур, зависящих от параметров облучения. Установлена структура, обладающая наиболее высокими значениями твердости и износостойкости, которая состоит из твердых включений карбидов вольфрама в ау-стенитной матрице. Исследовано влияние термической обработки и модифицирования на структуру, твердость и износостойкость.

2. Изучены условия образования слоев наплавки с высоким содержания хрома в твердом растворе, обеспечивающие достижение высокой коррозионной стойкости и жаростойкости. Установлена связь между уровнем коррозионной стойкости и зеренной субструктурой - характером распределения дислокаций внутри зерна. Предложен механизм коррозионного разрушения под действием локальных внутренних напряжений.

3. Показана возможность формирования многофункциональных покрытий на основе карбидов хрома, обладающих одновременно высокими значениями твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и жаростойкости. Найдены структуры, в которых хром распределяется между твердым раствором и карбидами, позволяющие достигать как высокого уровня отдельных свойств, так и оптимального сочетания этих свойств.

4. В результате повторной импульсной обработки наплавленных покрытий получены слои с ультрадисперсной и наноразмерной структурой и существенно повышенной, по сравнению с основным покрытием, твердостью и износостойкостью. Изучены особенности деформации данных слоев при наноиндентирова-нии и характер разрушения образцов с двойной электронно-лучевой обработкой при испытаниях на изгиб.

Практическая значимость. Вневакуумной электронно-лучевой наплавкой карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь получены износостойкие, высокотвердые покрытия, установлены режимы наплавки, обеспечивающие достижение максимального уровня свойств. Предложена методика дополнительного увеличения твердости и износостойкости путем введения в наплавочную смесь модификатора СПВ2) и термической обработки в виде отпуска и закалки наплавленных слоев. Получен-

ные износостойкие покрытия могут быть рекомендованы для упрочнения рабочих органов сельхозмашин и землеройной техники (лапы культиваторов, ножи для резки грунта и др.), валков прокатных станов, досок кристаллизаторов.

Сформированы покрытия с высоким содержанием хрома в твердом растворе, обладающие высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Найдены интервалы режимов облучения, в которых коррозионная стойкость покрытий не отличается от коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т, испытанной в тех же условиях. Наплавкой карбидов хрома в смеси с чистым хромом получены покрытия, характеризующиеся одновременно высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Установлено, что максимальная износостойкость покрытий достигается при объемной доле эвтектической составляющей в слое порядка 40%. Оптимальное сочетание износостойкости и коррозионной стойкости наблюдается при наплавке порошковых смесей Сг3С2 и Сг в соотношении 2:1. Данная технология может использоваться в химической и нефтяной отрасли, для изготовления деталей газопроводов, теплообменников, для немагнитных деталей, работающих в слабоагрессивных средах.

Показано, что повторной электронно-лучевой импульсной обработкой можно получить слои с ультрадисперсной и наноразмерной структурой, достигнуть существенного увеличения твердости и износостойкости по сравнению с основным покрытием. При этом износостойкость определяется локальными характеристиками материала и не может быть оценена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть. Формирование в слое вторичной обработки структуры с развитой системой нанопор может служить эффективным барьером на пути развития хрупкого разрушения.

Получена справка об использовании результатов диссертационной работы для развития и применения технологий электронно-лучевой наплавки в ИЯФ СО РАН.

Положении, выносимые иа защиту

1. Эффект увеличения твердости и износостойкости покрытий на основе карбида вольфрама, наплавленных в пучке релятивистских электронов в результате модифицирования и термической обработки.

2. Режимы наплавки карбидом хрома, позволяющие формировать покрытия с высоким содержанием хрома в твердом растворе, обеспечивающем высокую коррозионную стойкость и жаростойкость.

3. Оптимальные режимы формирования бифункциональных покрытий на основе карбида хрома, обладающих одновременно высокими значениями износостойкости и коррозионной стойкости.

4. Экспериментальные данные о влиянии обработки низкоэнергетическим пучком электронов на структуру, твердость, износостойкость и характер разрушения наплавленных покрытий.

Достоверность результатов определяется применением комплекса методов физического металловедения, в том числе, методов металлографии, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости, износостойкости и др., а также использованием современного высокоточного оборудования и математических методов обработки результатов.

Личный вклад соискателя заключается в подготовке образцов для исследований, изучении струюуры и фазового состава наплавленных слоев, проведении испы-

•ганий на механические свойства, коррозионную стойкость и жаростойкость, обработке полученных результатов, в анализе литературных данных, обсуждении порченных результатов, участии в формулировании основных научных положений и выводов. Все работы, опубликованные в соавторстве, выполнены при личном участии автора.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 8а Международной конференции «Пленки и покрытия - 2007» (СПб, 2007); 9й Международной конференции «Пленки и покрытия - 2009» (СПб, 2009); XII и XIII Международных конференциях «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, 2007, 2009); 9L - 10-International Conférence Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008, 2010); V Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (г. Минск, 2010); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2009); V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2007); VII и VIII Всероссийских школах семинарах «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2007, 2008); Х1П Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007).

Публикации. Результаты работы изложены в 27 публикациях, в том числе 10 статьях в рецензируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка литературы из 196 наименований. Общий объем - 163 страницы, включая 43 рисунка,8 таблиц, 7 формул.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы; сформулированы цель и задачи исследования; приведены положения, выносимые на защиту; освещены вопросы научной новизны и практической значимости выполненной работы; даны сведения об апробации результатов диссертации; представлены структура и объем диссертации.

В Первом разделе представлен обзор литературных данных об использовании технологий вакуумной электронно-лучевой наплавки и наплавки в пучке релятивистских электронов для поверхностного упрочнения металлов. Показано, что технология обработки на ускорителе электронов обладает рядом преимуществ перед технологией обработки в вакууме. Рассмотрены основные этапы развития данной технологии и результаты, полученные в процессе сотрудничества ИЯФ СО РАН с ИФПМ СО РАН и другими организациями, в частности, работы по наплавке тугоплавких соединений на поверхность низкоуглеродистых и низколегированных сталей и титановых сплавов. Представлены также результаты по наноструктуризации поверхностных слоев материалов низкоэнергетическим импульсным электронным пучком, полученные в Учреждении Российской академии наук Институте сильноточной электроники Сибирского отделения РАН (далее ИСЭ СО РАН). На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи настоящей работы.

Во Втором разделе описаны устройства и принципы работы ускорителя релятивистских электронов ЭЛВ-6, разработанного в ИЯФ СО РАН и установки «Solo», раз-

работанной в ИСЭ СО РАН. Рассмотрены технологии и механизмы формирования покрытий при электронно-лучевой наплавке вне вакуума и импульсной электронно-пучковой обработки. Приведены используемые в исследованиях режимы обработки, материалы, методики проведения экспериментов по исследованию структуры, фазового состава, коррозионной стойкости, жаростойкости и механических свойств покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки до и после импульсной электронно-пучковой обработки. Описаны методики измерения нанотвердости и износостойкости в слоях с ультрадисперсной и наноразмерной структурой.

В Третьем разделе приведены результаты исследований по вневакуумной электронно-лучевой наплавке карбида вольфрама на низкоуглеродисгую сталь. Использовали параметры облучения: ускоряющее напряжение и=1,4 МэВ; ток пучка I 27-51 тА; скорость обработки V 2,5; 1,6; 1 см/с. Для увеличения площади наплавляемой поверхносги пучок сканировался с шириной магнитной развертки 1=5 см. При выбранных параметрах обработки плотность энергии излучения \У менялась в пределах 4,48-9,16 кДж/см".

После наплавки на поверхности образцов стали образуются слои толщиной 1,5 -3,5 мм, в зависимости от параметров облучения. По данным рентгеновского микроанализа, все наплавленные слои содержат вольфрам, среднее содержание которого при увеличении толщины наплавленного слоя уменьшается от 39,8% до 15,5 вес %.

На рис. 1 приведена зависимость Нрср от которая имеет вид Б- образной кривой, что связано с формированием в слоях наплавки целого спектра разнообразных структур, определяемых параметрами облучения (током, напряжением, скоростью обработки, скоростью охлаждения).

При изменении указанных параметров меняется объемная доля и тип карбидной фазы, а структура в основе слоя, в зависимости от режима облучения, претерпевает аустенитное, мартенситное, мартенситно-бейнитное и фер-ритно-мартенситное превращение (рис. 2.).

, кДж/см

Рис, 1. Зависимость твердости и износостойкости от плотности энергии излучения \У.

Рис. 2. Влияние плотности энергии излучения на структуру наплавленного слоя: а - = 4,48 кДж/см2; б - \У = 5",68кДж/см"; в - \У = 8.20 кДж/см2.

По данным рентгеноегруктурного анализа, в структуре покрытия присутствует а- и у-железо, а также соединение Ре5\УзС и некоторое количество соединений \ty~2C, Ме^Сб. С увеличением XV количество у-железа уменьшается и возрастает количество а-железа. Более подробную информацию о фазовом составе слоев дает метод электронной

микроскопии фолы. При величине энергии - 4,5 - 5,0 кДж/см основу слоя составляют аустенитная фаза и небольшое количество мартенсита пластинчатой морфологии. Карбид РезМ'зС входит в состав пластинчатой эвтектики, содержащей также карбид ЩС. При значениях энергии V/ = 5,0 - 5,5 кДж/см2 количество -/-фазы уменьшается, а количество мартенсита возрастает. Карбид состава РезЭДзС входит в состав зерен пластинчатой эвтектики (Ре3\¥3С-1ЛУС). При энергиях \¥ ~ 5,5 - 6,5 кДж/см" наблюдаются зерна со структурой мартенсита, кристаллы которого разделены островками и прослойками остаточного аустенита и содержат частицы фазы (Ре,\У)3С и зерна со структурой бейнита. Признаком этого является пластинчатая форма кристаллов а-фазы, содержащих включения карбидов (Ре,\У)зС. С увеличением до ~ 6,5 кДж/см2 появляются зерна а-железа, в объеме которых расположены частицы карбидов Ре3\¥эС. Рост плотности энергии излучения до 7-8 кДж/см" сопровождается увеличением объемной доли фер-ритных зерен, которые сочетаются в структуре с двухфазными зернами, содержащими кристаллы мартенсита пластинчатой морфологии и островки остаточного аустенита, и с зернами эвтектики состава Рез\¥3С+\У2С и Ре3\У3С+\У2С. Обнаруживаются также частицы цементитного типа (Ре,\У)зС. У верхней границы интервала энергий (~ 9 кДж/см2) образуется преимущественно ферритная структура, вдоль границ и в стыках зерен которой располагаются прослойки и отдельные частицы карбидной фазы состава \УС.

Изменение структуры слоя наплавки при увеличении плотности энергии излучения оказывает влияние на ее механические свойства. Максимальными значениями твердости и износостойкости обладают структуры, состоящие из высокотвердых включений карбидов и аустенитной матрицы.

Изучено влияние термической обработки на структуру и характеристики наплавленного слоя, полученного методом электронно-лучевой наплавки. Поскольку образцы с наплавленным слоем уже претерпели самозакалку при охлаждении из расплава, для снятия закалочных структур провели отпуск при температуре 650°С в течение часа, а затем закалку покрытий в воду после выдержки в печи при 850°С в течение 0,5 часа.

После отпуска слоя образуется ферритно-карбидная смесь. На рентгенограммах обнаруживаются линии а- железа и фазы Ре3\У3С. Значения твердости и износостойкости покрытий после отпуска заметно ниже, чем в исходном состоянии. После закалки происходит возврат к аустенитной структуре, а затем закалка основы слоя на мартенсит. Значения твердости и износостойкости после обычной термической закалки возрастают по сравнению с твердостью и износостойкостью исходных наплавленных слоев претерпевших самозакалку на воздухе.

Дополнительное повышение твердости и износостойкости достигается модифицированием. Показано, что присутствие в наплавочной смеси 10% ТлВ2 снижает дендритную неоднородность, приводит к измельчению структуры. Твердость покрытия повышается в 1,3 раза, а износостойкость - в 1,7 раза (рис. 3.) Эффект усиливается после терми-

х"3000

режим обработки

режим обработки

Рис. 3. Средние значения твердости (а) и износостойкости (б) покрытия в исходном состоянии (режим 1), после введения модификатора (режим 2), после введения модификатора и термической обработки (режим 3)

ческой обработки покрытий с модифицированной структурой. Твердость после закалки возрастает в 1,5 раз, а износостойкость - в 3,8 раза по сравнению с наплавкой без модификатора и термической обработки.

Четвертый раздел посвящен исследованию структуры и фазового состава, особенностям формирования коррозионной стойкости и жаростойкости покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки порошка карбида хрома Сг3С2. Использовали параметры облучения: энергия электронов и=1,4 МэВ; ток пучка I 16-40 мА; скорость поступательного перемещения образца под пучком V 0,67 и 2,5 см/с; плотность энергии излучения \У менялась в пределах 4-10 кДж/см^.

После наплавки на поверхности стали, в зависимости от режима обработки, образуются слои толщиной 0,8-2,5 мм с твердостью, сопоставимой с материалом основы, что свидетельствует о значительном выгорании углерода на воздухе. Концентрация хромав покрытиях составляет 14,5-39,5 вес%.

По данным металлографического исследования, структура наплавленных слоев состоит из зерен твердого раствора и некоторого количества перитектики, располагающейся в виде тонких прослоек по границам зерен (рис. 4). С ростом V/ наблюдается тенденция к уменьшению объемной доли перитектики и переходу к структуре с тонкой скелетообразной прослойкой карбидных фаз по границам зерен.

Концентрация хрома как в зернах твердого раствора, так и на участках перитектики уменьшается. Методом рентгеноструктурного фазового анализа в слоях наплавки выявляется только а-фаза (феррит).

По данным электронной микроскопии, при малых значениях 1\¥ вдоль границ и в стыках зерен наблюдаются прослойки, состоящие из скоплений образований пластинчатой формы, являющихся выделениями а-фазы и карбидов Сг3С2 Сг7С3, Сг2зСб и (Ре,Сг)зС. На темнопольном изображении в объеме зерен видны микродвойники и наноразмерные выделения. После наплавки в режимах с большими значениями энергии \У включения второй фазы по границам зерен имеют микронные и субмикронные размеры.

Результаты испытаний на коррозионную стойкость наплавленных слоев для использованных режимов облучения приведены на рис. 5а вместе с кривыми потери массы для нержавеющей стали 12Х18Н10Т и стали СтЗ. На рис. 56 эти результаты представлены в виде зависимостей потери массы образцов от плотности энергии излучения для разных времен выдержки в азотной кислоте. Аналогичные кривые были построены при испытаниях на жаростойкость в атмосфере печи.

Из графиков видно, что наилучшей коррозионной стойкостью обладают слои, наплавленные в интервале значений V/ =8,5-9,5 кДж/см2 (режимы 6, 7 и 8). Для этих режимов кривые потери массы образцами наплавки и образцом, изготовленным из нержавеющей стали, фактически совпадают.

Установлено, что уровень коррозионной стойкости покрытий зависит от концентрации хрома в наплавленных слоях и от типа субзеренной структуры - характера распределения дислокаций внутри зерна, исследованного методом электронной микроскопии фольг. Повышение коррозионной стойкости при увеличении \У

Рис. 4. Структура металла наплавки, \У=9,40 кДж/см2

7 8 9

УУ, кДж/см

Рис. 5. Зависимости относительной потери массы образцов сталей и покрытий от времени выдержки в азотной кислоте (а) и от плотности энергии излучения \У дм различных времен выдержки в азотной кислоте (б). Цифрами на графиках обозначены режимы обработки.

связано с переходом от дислокационной ячеистой структуры с высоким уровнем } напряжений изгиба-кручения к более релаксированной структуре с хаотическим распределением дислокаций. При плотности энергии изучения \У=10кДж/см2 коррозионная стойкость падает в связи с уменьшением концентрации Сг в слое до значений 12-14 %, при которых нержавеющие стали теряют коррозионную стойкость.

Предложена модель, объясняющая коррозионное разрушение хром содержащих покрытий скольжением дислокаций, образованием ступеньки на поверхности покрытия и разрывом защитной оксидной пленки.

В Пятом разделе описаны результаты наплавки одно- и двухслойных покрытий порошком карбида хрома Сг3С2 и смесей порошков Сг3С2 и Сг в весовых соотношениях Сг3С2/Сг=1 и 2 на стать СтЗ. Для защиты от влияния окружающей среды вводили флюсующие добавки - М§Р2 и МпО. Использовали те же параметры облучения, что и при наплавке карбидом вольфрама, но ток пучка составлял 26-27 шА.

В наплавляемом слое образуется структура, состоящая из зерен твердого раствора и эвтектики (рис. 6). Объемная доля эвтектической составляющей зависит ' от содержания карбида хрома в легирующей смеси и от числа наплавляемых слоев. По данным рентгенострук-турного фазового анализа, зерна дендритов и основа I эвтектики представляют собой чистый аустенит.

При наплавке порошком карбида хрома Сг3С2 в эвтектике выделяются карбиды Сг7С3. Введение в легирующую смесь хрома и увеличение отношения количества хрома к количеству углерода создают условия для выделения карбида Сг23Сб с большим количеством хрома, чем в карбиде Сг7С3. В структуре наблюдаются два типа карбидов - Сг7С3 и Сг23Сб.

По данным электронной микроскопии, основной упрочняющей фазой в структуре является карбид Сг7С3, который образует пластинчатые выделения в эвтектике. заметный вклад дает и карбид Сг23С6, многочисленные выделения которого в виде нанорамерных (15-25 нм) частиц расположены по границам пластин у-фазы и карбидов Сг7С3. Помимо основных фаз, обнаружено некоторое количество соединений СгС и Сг3С2, характеризующих неравновесность структуры электронно-лучевой наплавки, которые выделяются в виде глобулей на периферии областей эвтектики, а

Рис. 6, Микроструктура металла двухслойной наплавки смесью порошков карбида хрома и хрома (Сг3С2/Сг=2)

также небольшое количество выделений о-фазы (РеСг), расположенных в вице тонких прослоек вдоль границ основных фаз.

Распределение хрома в наплавленных слоях носит характер локальных колебаний, что связано с чередованием участков эвтектики и зерен твердого раствора в структуре (рис. 1а). Распределение микротвердости в наплавленных слоях, как и распределение хрома, существенно неоднородно (рис. 16).

S 40

(U

I 30

X

§20 Q.

I 10

Я" X

£ о

О 500 1000 1500 2000 Расстояние от поверхности, мкм

10000 8000 §6000 х4000 2000 0

[П.

« im Ali"

'Л

d, мм

Рис. 7. Распределение хрома (а) и распределение микротвердости (б) в двухслойной наплавке при отношении СгзС2/Сг=2

Средние значения микротвердости в слое Н(,ср и коэффициента износостойкости Ки, определенные для различных режимов наплавки, приведены на рис. 8.

Видно, что простой связи между твердостью и износостойкостью нет. С увеличением твердости износостойкость для одних режимов наплавки увеличивается, а для других - уменьшается. Так, при нанесении двухслойных покрытий, несмотря на существенное повышение твердости за счет роста объемной доли эвтектики, износостойкость падает. Это означает, что увеличение количества карбидов, с точки зрения износостойкости материала, целесообразно лишь до определенных пределов. Согласно полученным данным, объемная доля эвтектики в наплавленном слое не должна превышать 40%.

Es4

„i4 X 3;

210-

1 2 3 4 5 Режимы наплавки

Ки

10.

п

2 3 4 5 Режимы наплавки

Рис. 8. Зависимость средней микротвердости в слое наплавки (а) и коэффициента износостойкости (б) от режима наплавки: 1 - Сг.С2; 2 - Сг3С2/Сг= 1; 1 слой;3 - Сг3Сг>/Сг=1; 2 слоя;

4 - Сг3С2/Сг=2; 1 слой; 5 - Сг3С2/Сг=2; 2 слоя; 6 - сталь СтЗ "

На рис. 9. показано, что коррозионная стойкость слоев наплавки ниже коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т, но существенно выше, чем стали СтЗ. Коррозионная стойкость возрастает при введении в легирующую смесь дополнительного количества

количества хрома и увеличении соотношения компонентов Сг/С.

Из сопоставления полученных результатов испытаний на износостойкость и коррозионную стойкость (рис. 8, 9) следует, что наиболее эффективные многофункциональные покрытия на стали СтЗ могут бьггь получены однослойной наплавкой порошковых смесей на основе Сг3С2 и Cr в весовом соотношении 2:1.

Исследовано влияние термической обработки в виде отпуска и закалки на структуру и свойства наплавленных покрытий. Показано, что отпуск при 650°С в течение 1ч и закалка в воду от 850 °С с выдержкой под закалку 0,5 ч не привода к нарушению исходной морфологии структуры наплавленного слоя — наблюдаются зерна эвтектики и зерна твердого раствора. После отпуска на рентгенограммах фиксируются линш a-Fe и соединение СГ7С3. При отпуске наплавленного слоя происходит распад аустенита, и находящийся в зернах пересыщенного твердого раствора и в основе эвтектики углерод выделяется в виде карбидов. Твердость покрытия заметно уменьшается. Закалка обеспечивает повышение твердости до значений, сопоставимых со значениями твердости исходной наплавки до термической обработки. Рентгеноструктурный фазовый анализ обнаруживает в наплавленном слое после закалки наличие a-железа и соединений Сг7С3 и Сг23Сб-

Испытания образцов с покрытием на изгиб показали, что в исходном состоянии образцы равномерно деформируются, обладая при этом некоторым запасом пластичности (рис. 10, кривая 1). Отпуск приводит к увеличению предельной деформации до разрушения и прочности упрочненного слоя для всех образцов по сравнению с характерис-

Рис. 9. Зависимость относительной потери массы образцов сталей и наплавленных покрытий от времени выдержки в азотной кислоте:

1-сталь СтЗ; 2-наплавка Сг3С2; 3-Сг3С2/Сг=2,1 слой; 4-Сг3С2Л>=2,2 слоя; 5-Сг3(УСг=1,1 слой; 6-Сг3С2/Сг=1,2 слоя; 7-сталь 12Х18Н10Т

1600

(О С 2

.1200

800

400

/

Lk ¡f

тиками в исходном наплавленном состоянием (рис. 10, кривая 2). После отпуска и последующей закалки от 850°С диаграммы «напряжение - стрела прогиба» представляют собой фактически прямые линии независимо от состава наплавляемых покрытий и числа нанесенных слоев (рис. 10, кривая 3), что характеризует материал как очень хрупкий, разрушающийся при незначительной пластической деформации.

Таким образом, метод наплавки в пучке релятивистских электронов высокотехнологичен, так как позволяет формировать на поверхности низкоуглеродистых сталей покрытия с неравновесной структурой и механическими свойствами, более высокими, чем после стандартной термичео-

0

о

400

Í200

1600

8G0 L, мкм

Рис. 10. Зависимость напряжения изгиба ощг от стрелы прогиба L стали СтЗ в исходном (наплавленном) состоянии (/), после отпуска при 650°С, 1 ч (2) и закалки в воде от 850°С (3), наплавка Cr3C2 (1 слой)

кой обработки сплавов аналогичного состава.

В шестом разделе описаны результаты по обработке наплавленных покрытий импульсным электронным пучком. Импульсную обработку покрытий производили на лабораторной установке «Solo» при плотности энергии пучка электронов 15-45Дж/см2, длительности импульса излучения 200 мкс, частоте следования импульсов 0,3 Гц и их количестве 1, 10 и 50. После импульсной электронно-лучевой обработки поверхностного слоя покрытий обнаружено образование ультрадисперсной и наноразмерной структуры (рис. 11). Структура слоя после импульсной обработки представляет собой столбчатые кристаллы, которые внутри имеют дендритное строение и состоят из пакетов одинаково ориентированных дендритных зерен (рис. 11 а). Из-за высокой скорости охлаждения расплава дендриты не успевают развиться и заполнить все пространство слоя - промежутки между дендритами остаются свободными, образуется система пор.

а б в

Рис. 11. Структура зоны импульсной обработки покрытий с исходной наплавкой карбидами хрома (а, о) и вольфрама (в): плотность энергии излучения 30 (а) 20 (б, в) Дж/см2

После импульсной обработки покрытий, наплавленных карбидом хрома, сечения дендритных зерен имеют округлую форму, оси второго порядка не формируются. После обработки покрытий, наплавленных карбидом вольфрама, оси второго порядка получают некоторое развитие, причем, с увеличением плотности энергии пучка электронов от 20 до 45 Дж/см2 длина этих осей возрастает. Наблюдаемое различие связано с разной скоростью теплоотвода из зоны импульсного воздействия в материал покрытия.

Добавление диборида титана в наплавочную смесь на основе \УС при сохранении дендритного характера структуры сопровождается заметным уменьшением ! размеров поперечных сечений столбчатых кристаллов и размеров зерен внутри них, что является следствием измельчения структуры исходной наплавки.

По данным рентгеновского микроанализа, концентрации легирующих элементов (Сг,\У) и железа при продвижении от периферии к поверхности покрытия уменьшаются, что соответствует уменьшению среднего содержания элементов в единице объема слоя при наличии в нём пор. Исследование фазового состава слоев после импульсной обработки показывает, что в случае наплавки карбидом хрома I фиксируется только а-железо. При наплавке смесями на основе карбида вольфрама на рентгенограммах обнаруживаются линии а-железа (мартенсит), у-железа, а также соединения Ре3\¥3С и \У2зС6.

Для количественного описания структурных изменений в зоне импульсного воздействия были оценены (методом секущей) распределения зёрен и пор по размерам в

боковом и поперечном сечениях главных осей дендритов. Средние размеры дендритных зёрен и пор при наплавке карбидом хрома в зависимости от режима импульсного облучения равны соответственно 190-440 нм и 90-160 нм, а при наплавке карбидом вольфрама - 240-640 нм и 80-270 нм. При наплавке смесью \УС+"ПВ2 средний размер дендритного зерна внутри кристаллов уменьшается до 100-250 нм. Доля зерен и пор с размером, меньшим или равным 100 нм, для слоев с наплавкой карбидом хрома составляет соответственно 25-30% и 13-15%, с наплавкой карбидом вольфрама - 10-15% и 15-25%. При наплавке смесью \УС+Т1В2 объемная доля зерен с размером, меньшим или равным 100 нм, достигает 70-80%.

Значения нанотвердости и модуля упругости в слоях импульсной обработки достигают высоких значений, но при одной и той же глубине проникновения ин-дентора на различных участках покрытия колеблются в широких пределах. Наблюдаются высокие значения твердости после импульсной обработки покрытий, наплавленных карбидом хрома, тогда, как в исходном наплавленном состоянии твердость была низкой.

Показано образование при наноиндентировании диаграмм «нагружение-разгрузка» нескольких типов: 1) диаграммы преимущественно упругой деформации; 2) диаграммы, для которых вклад упругой и пластической деформации сопоставим; 3) диаграммы преимущественно пластической деформации, упругая составляющая мала; 4) диаграммы с площадкой на кривой нагружения, что соответствует попаданию индентора в пору.

Результаты испытаний слоев импульсной обработки на износ показали, что в случае наплавки карбидом хрома коэффициент трения понижается, а в случае наплавки смесью на основе карбида вольфрама - повышается или остается на прежнем уровне. Аналогичным образом меняются площади треков износа.

Для количественного сравнения результатов триболо-гических испытаний был введен условный коэффициент износостойкости Кь который определят! из отношения средних значений площадей треков ДБ] и А82 в образцах с наплавкой до и после импульсной обработки. Значения коэффициентов К) после импульсной обработки слоев, наплавленных карбидом хрома, повышаются по сравнению с исходной наплавкой, а при наплавке карбидом вольфрама - понижают-

к,

16-

12

К,

16,

Па

Режимы обработки

2 3 4 5 6

Режимы обработки

-О.

Рис.12. Коэффициенты износостойкости покрытий,

наплавленных Сг3С2 (а) и \¥С + ИВ2 (б) после импульсной обработки, полученные при испытаниях на трибометре : 1 - исходная наплавка, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - плотности энергии излучения соответственно 20, 25, 30, 35, 40, 45 Дж/см2

ся или остаются на прежнем уровне (рис.12).

При проведении испытаний покрытий на абразивный износ относительную износостойкость К2 вычисляли, как это предусмотрено ГОСТом. Наблюдали картину, обратную той, которая имела место при измерении износостойкости на трибометре. В образцах с исходной наплавкой карбидом хрома износостойкость

низкая, а в образцах с исходной наплавкой карбидом вольфрама - высокая.

Наблюдаемое расхождение результатов испытаний на износостойкость связано с тем, что при изнашивании индентором из-за малой величины площади контакта, соизмеримой с величиной структурных составляющих, удельная нагрузка на отдельные зерна резко возрастает, В этих условиях при наплавке карбидом вольфрама отдельные зерна, содержащие хрупкие карбиды, легко разрушаются, что является причиной низкой износостойкости. В покрытиях, наплавленных карбидом хрома, дендритные зерна имеют ферритную структуру и при нагружении индентором пластически деформируются без разрушения. При испытаниях на абразивный износ площадь контакта контртела с образцом выше, а удельная нагрузка на отдельное зерно низкая. Здесь имеет смысл рассматривать усредненные характеристики макрообъемов материала. Износостойкость слоев с модифицированной структурой не может быть определена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть.

Показано, что обработка низкоэнергетическим импульсным электронным пучком может служить барьером для развития хрупкого разрушения. Подтверждением этого служат данные, полученные при испытаниях образцов на изгиб.

Испытания исходных наплавленных слоев показали значения угла изгиба, не превышающие 30°. Металлографическая картина разрушения свидетельствовала об образовании одиночной магистральной трещины, распространяющейся мгновенно через всю толщу покрытия, что характеризовало материал как очень хрупкий. Заходя в подложку (сталь СтЗ), трещина разветвляется на несколько мелких, совершая значительную пластическую деформацию. Исследование поверхностей излома методом растровой электронной микроскопии показало, что разрушение покрытия происходит путем хрупкого отрыва с реализацией микромеханизмов транскристал-I литного разрушения с образованием реечного узора (рис. 13а).

Испытания на изгиб образцов с покрытиями после импульсной электронно-лучевой обработки показывают увеличение угла изгиба на 9-11°. На боковой поверхности образца наблюдается множество мелких трещин (рис, 136). Полученная методом растровой электронной микроскопии картина разрушения показывает, что слой вторичной импульсной обработки также разрушается хрупко (рис. 136). Однако расположенная под зоной импульсного воздействия, остальная часть покрытия разрушается вязко - во всех случаях наблюдается вязкий излом.

а б

Рис. 13. Морфология поверхностей изломов покрытий

в исходном наплавленном состоянии (а) и после импульсной обработки поверхностного слоя (б)

Основные выводы:

1. Наплавкой карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь получены покрытия, твердость которых зависит от плотности энергии излучения, что связано с формированием различных структур в основе слоя: аустенитной, мартенсит-ной, мартенситно-бейнитной и ферритно-мартенситной. Наивысшими значениями твердости и износостойкости обладают структуры с аустенитной матрицей. При введении в наплавочную смесь модификатора твердость и износостойкость повышаются за счет снижения дендритной неоднородности и измельчения структуры. Эффект увеличивается после термической обработки покрытий с модифицированной структурой.

2. Методом электронно-лучевой наплавки на низкоуглеродистой стали получены покрытия с высоким содержанием хрома в твердом растворе. Небольшое количество карбидов (Сг3С2, Сг7С3 и Сг23С6) входит в состав перитектики. При содержании хрома, превышающем 12-14%, покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью (жаростойкостью), которая при увеличении плотности энергии излучения возрастает, достигая при АУ = 8,5-9,5 кДж/см2 максимальных значений, сопоставимых со значениями коррозионной стойкости нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

3. Причиной роста коррозионной стойкости при увеличении плотности энергии излучения служит снятие локальных упругих напряжений, что проявляется в изменении зеренной субструктуры - переходе от дислокационной ячеистой структуры к более релаксированной структуре с хаотическим распределением дислокаций. Высказано предположение, что коррозионное разрушение покрытия под действием локальных внутренних напряжений связано со скольжением дислокаций, близко расположенных к поверхности, образованием ступеньки и разрушением защитной пленки.

4. Наплавкой смесей карбида хрома с хромом сформированы покрытия со структурой сплавов доэвтектического типа, состоящей из зерен аустенита, областей эвтектики на основе карбидов Сг7С3 и Сг23Сб и соединений СгС, Сг3С2, РеСг. Покрытия характеризуются высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, удовлетворительной прочностью и пластичностью. Покрытия обладают улучшенными механическими свойствами в сравнении со сплавами аналогичного состава, подвергнутыми стандартной термической обработке - отпуску, закалке.

5. Износостойкость покрытий на основе карбидов хрома не коррелирует с их твердостью. Максимальные значения износостойкости достигаются при объемной доле карбидной фазы ~ 40%. Дальнейший рост числа карбидов в слое приводит к уменьшению износостойкости, несмотря на увеличение твердости, что связано с изменением механизма износа, разрушением и выкрашиванием карбидных частиц. Оптимальное сочетание износостойкости и коррозионной стойкости наблюдается при однослойной наплавке порошковых смесей Сг3С2 и Сг в соотношении 2:1.

6. Импульсной обработкой покрытий низкоэнергетическим электронным пучком получены слои с ультрадисперсной и наноразмерной дендритной структурой, нанотвердость и модуль упругости которых достигают высоких значений. При инденировании наблюдаются диаграммы «нагружение-разгрузка» нескольких

типов. Износостойкость покрытий после вторичной обработки не может быть определена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть и при малой площади контакта «образец-контртело» определяется свойствами отдельных структурных составляющих покрытия. Наличие в структуре развитой системой пор приводит к увеличению работы деформации и может служить барьером для развития хрупкого разрушения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А., Салимов P.A. Формирование покрытий двойного назначения методом вневакуумной электроннолучевой наплавки. // Физическая мезомеханика. Специальный выпуск. - 2006. - Т.9. -С. 177-180.

2. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А., Салимов P.A., Гню-сов С.Ф., Гальченко U.K. Создание бифункциональных покрытий методом электронно-лучевой наплавки. // Перспективные материалы. -2007. - №1. - С. 78-85.

3. Полетика И.М., Крылова Т.А., Перовская М.В., Иванов В.Ф., Гнюсов С.Ф., Голковский М.Г. Структура и механические свойства металлов вневакуумной электроннолучевой наплавки до и после термической обработки.// Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - №4. - С. 44-53.

4. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская М.В. Структура и свойства хромсодержащих покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере. // МиТОМ. - 2009. - №3. - С. 15-22.

5. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Иванов Ю.Ф., Перовская М.В. Формирование структуры металла электронно-лучевой наплавки карбидом вольфрама. // Перспективные материалы. -2009. - №4. - С. 65-70.

6. Крылова Т.А., Полетика И.М., Голковский М.Г. Влияние модифицирования и термической обработки на структуру металла покрытия, полученного электронно-лучевой наплавкой карбидом вольфрама.// Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. -№10.-С. 39-45.

7. Полетика И.М., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г., Крылова 'Г.А., Перовская М.В. Структура и свойства коррозионно-стойких покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере воздуха. // МиТОМ. - 2009. - №12. - С. 33-39.

8. Полетика И.М., Крылова Т.А., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г., Перовская М.В. Создание многофункциональных хромсодержащих покрытий методом электроннолучевой наплавки в атмосферном воздухе. // Металлофизика и новейшие технологии. Выпуск 11.-2009.-Т.31.-С. 1411-1424.

9. Полетика И.М., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Тересов А.Д., Макаров С.А. «Создание нового класса покрытий методом двойной электронно-лучевой обработки ». // Перспективные материалы. - 2010. - №1. - С. 11-18.

10. Полетика И.М., Гнюсов С.Ф., Голковский М.Г., Иванов Ю.Ф., Крылова Т.А., Макаров С.А., Тересов А.Д. «Создание упрочняющих покрытий электронно-лучевой наплавкой и последующей импульсной обработкой электронным пучком». // Упрочняющие технологии и покрытия.. - 2010. - №1. - С. 15-22.

В других научных изданиях:

1. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская М.В. Создание коррозионно-стойких покрытий на низкоуглеродистой стали // Труды 8а Международной

2. конференции «Пленки и покрытия - 2007», Санкт-Петербург: Изд-во Политехи. Ун-та, 2007.-С. 94-98.

3. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А. Электроннолучевая вневакуумная наплавка хромсодержащих покрытий на низкоуглеродистую сталь. // XII международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2007. - С. 324-326.

4. Forming of Multifunctional Coats by Vacuum-Free Electron Beam Surfacing and Thermal Treatment of this Coats. T.A. Krilova, I.M. Poletika, M.G. Golkovski, M.V. Perovskaya // 9th International Conferenceon Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: - 2008. - P. 254-256.

5. Крылова T.A., Полетика И.М., Голковский М.Г., Макаров С.А. Формирование многофункциональных покрытий методом электронно-лучевой наплавки карбида хрома в атмосфере воздуха// Труды 9а Международной конференции «Пленки и покрытия -2009», Санкт-Петербург: Изд-во Политехи. Ун-та, 2009. - С. 188 - 190.

6. Крылова Т.А., Полетика И.М., Голковский М.Г. Коррозионно-стойкие и жаростойкие покрытия на низкоуглеродистой стали, полученные методом электроннолучевой наплавки.// Международная конференция по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск: ИФПМ СО РАН, 2009. - С. 343-344.

7. Крылова Т. А., Полетика И.М., Голковский М.Г. Перовская М.В., Макаров С.А. Модифицирование структуры и свойств металла электронно-лучевой наплавки карбидом вольфрама // ХП1 Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2009. - С. 261-263.

8. Крылова Т. А., Полетика И.М., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г. Формирование коррозионно-стойких покрытий методом электронно-лучевой наплавки на ускорителе электронов II XIII Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2009. - С. 264-266.

9. 'Г.А-Крылова, И.М.Полетика, М.Г.Голковский, Ю.Ф.Иванов, А.Д Тересов. Соединение технологий электронно-лучевой обработки для формирования упрочняющих покрытий на низкоуглеродистой стали // V - й Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материа-лов»г. Минск, 15-17 сентября 2010г. - С. 143-147.

10. М.Г. Голковский, И.М.Полетика, Т.А. Крылова, М.В. Тетюцкая, С.А. Макаров. Электронно-лучевая наплавка многофункциональных хромсодержащих покрытий на стальную основу // V - й Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов»г. Минск, 15-17 сентября 2010г. - С. 90-94.

11. The combination of electron beam treatment technologies for forming the strengthening coats on steel substrate. Krilova T.A., Poletika I.M., Golkovski M.G., Ivanov Y.F., Teresov A.D. // 10th International Conferenceon Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: -2010. -P. 121-123.

12. Vacuum free electron beam fused deposition of multifunctional coats on steel substrates. Golkovski M.G., Poletika I.M., Krilova T.A., Tetiutskaya M.V. and Makarov S.A. // 10,h International Conferenceon Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows:-2010.-P. 508-510.

Подписало в печать 20.12.10. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 127.

Отпечатано в типографии ООО «Аграф-Пресс». Т1" 634055, г. Томск, пр. Академический, 10/3, стр. 4, к. 104, тел. 252484.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ

НАПЛАВКИ.

1.1 .Электронно-лучевая наплавка в вакууме.

1.2. Электронно-лучевая наплавка в пучке релятивистских электронов.

1.3. Импульсная электронно-пучковая обработка, как метод модификации поверхности твердого тела.г.

1.4. Постановка задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Оборудование и технологии электронно-пучковой обработки.

2.2. Методики исследования структуры, фазового состава и свойств покрытий, наплавленных в пучке релятивистских электронов.

2.3. Методики исследования структуры, фазового состава и механических свойств покрытий после импульсной.

3. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ КАРБИДОМ ВОЛЬФРАМА.

3.1. Структура и свойства наплавленных покрытий.45

3.2.Термическая обработка и модифицирование наплавленных слоев.

3.3. Выводы.

4. КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ И ЖАРОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ.

4.1. Структура, химический и фазовый состав покрытий, наплавленных карбидом хрома.

4.2. Испытания покрытий на коррозионную стойкость и жаростойкость.

4.3. Связь коррозионной стойкости покрытий с их дислокационной субструктурой.

4.4. Выводы.

5. СОЗДАНИЕ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ

ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ.

5.1. Структура и фазовый состав наплавленных слоев.

5.2. Твердость, износостойкость и коррозионная стойкость покрытий.

5.3. Термическая обработка покрытий.

5.4. Испытания образцов с покрытием на изгиб.

5.5. Выводы.

6. ФОРМИРОВАНИЕ УПРОЧНЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ТЕХНОЛОГИЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ.

6.1. Структура и свойства покрытий после импульсной электронно-лучевой обработки.

6.2. Наноиндентирование зоны импульсной обработки покрытий.

6.3. Износостойкость покрытий после импульсной обработки.

6.4. Разрушение покрытий до и после импульсной обработки.

6.5. Выводы.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблема существенного улучшения качества материалов и изделий, повышения их ресурса и эксплуатационных характеристик в современных условиях интенсивного развития техники и машиностроения становится особенно актуальной.

В последние годы большое развитие получили технологии нанесения защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных источников энергии. Новым эффективным источником с высокой объёмной и поверхностной концентрацией энергии является пучок релятивистских электронов. Ускорители электронов, созданные в ИЯФ СО РАН, позволяют выводить пучок с энергией 1-1,6 МэВ и мощностью до 100' кВт в атмосферный воздух, что дает возможность производить быструю замену изделий и снимает ограничения на их размеры. Метод отличается простотой введения наплавочных компонентов, которые высыпаются на поверхность металла непосредственно перед обработкой. Возможно расплавление или растворение в расплаве любых тугоплавких материалов с последующей их кристаллизацией в виде высокотвердых, износостойких и коррозионно-стойких фаз. Метод дает возможность получать покрытия практически любого состава и назначения.

Одним из путей дальнейшего улучшения свойств покрытий, наплавленных в пучке релятивистских электронов, может 'служить измельчение их структуры. Развитию нанотехнологий в последнее время уделяется большое внимание. На сегодняшний день, когда возможности изменения химического состава и термической обработки сплавов, в основном исчерпаны, перевод в ультрадисперсное и нанокристаллическое состояние представляется наиболее эффективным методом качественного изменения механических и физико-химических свойств кристаллических материалов. Наноструктуризация покрытий может быть осуществлена путем их переплавления низкоэнергетическими (5-30 кэВ) импульсными(30-200мкс) электронными пучками, которые обеспечивают сверхвысокие (до 109К/с) скорости нагрева, плавления и последующей кристаллизации. Источник, формирующий такой пучок, разработан в ИСЭ СО РАН, где он успешно используется для импульсной поверхностной обработки с целью повышения эксплуатационных характеристик различных изделий.

Цель работы - изучение закономерностей формирования износостойких, коррозионно-стойких и жаростойких покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов и последующей обработки импульсным низкоэнергетическим электронным пучком.

В соответствии с целью работы в ней были поставлены следующие основные задачи:

1. Исследовать структуру и свойства покрытий, полученных наплавкой в пучке релятивистских электронов порошковых смесей на основе карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь, изучить влияние модифицирования и термической обработки.

2. Разработать режимы получения покрытий с высоким содержанием хрома в твердом растворе, обладающих повышенной коррозионной стойкостью и жаростойкостью, выяснить механизмы формирования защитных свойств.

3. Разработать покрытия с гетерофазной структурой, обеспечивающей одновременно высокую износостойкость и коррозионную стойкость, исследовать влияние термической обработки на структуру и механические свойства.

4. Изучить закономерности формирования ультрадисперсной и наноразмерной структуры, изменения твердости, износостойкости и характера разрушения покрытий после повторной импульсной обработки низкоэнергетическим электронным пучком.

Научная новизна. В работе впервые: изучены закономерности формирования в пучке релятивистских электронов слоев наплавки карбидом вольфрама. Показана возможность получения спектра различных структур, зависящих от параметров облучения. Установлена структура, обладающая наиболее высокими значениями твердости и износостойкости, которая состоит из твердых включений карбидов вольфрама в аустенитной матрице. Исследовано влияние термической обработки и модифицирования на структуру, твердость и износостойкость. Изучены условия образования слоев наплавки с высоким содержания хрома в твердом растворе, обеспечивающие достижение высокой коррозионной стойкости и жаростойкости. Установлена связь между уровнем коррозионной стойкости и зеренной субструктурой — характером распределения^ дислокаций внутри зерна. Предложен механизм коррозионного разрушения под действием локальных внутренних напряжений. Показана возможность формирования многофункциональных покрытий на основе карбидов хрома, обладающих одновременно высокими значениями твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и жаростойкости. Найдены структуры, в которых хром распределяется между твердым раствором и карбидами, позволяющие достигать как высокого уровня отдельных свойств, так и оптимального сочетания этих свойств. Впервые в результате повторной импульсной обработки наплавленных покрытий получены слои с ультрадисперсной и наноразмерной структурой и существенно повышенной* по сравнению с основным покрытием твердостью и износостойкостью. Изучены особенности деформации данных слоев при наноиндентировании и характер разрушения образцов с двойной электроннолучевой обработкой при испытаниях на изгиб.

Практическая значимость:

Вневакуумной электронно-лучевой наплавкой карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь получены износостойкие, высокотвердые покрытия, установлены режимы наплавки, обеспечивающие достижение максимального уровня свойств. Предложена методика дополнительного« увеличения твердости и износостойкости путем введения в наплавочную смесь модификатора СПВ2) и термической обработки в виде отпуска и закалки наплавленных слоев. Полученные износостойкие покрытия могут быть рекомендованы для упрочнения рабочих органов сельхозмашин и землеройной техники (лапы культиваторов, ножи для резки грунта и др.), валков прокатных станов, досок кристаллизаторов.

Сформированы покрытия с высоким содержанием хрома в твердом растворе, обладающие высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Найдены интервалы режимов облучения, в которых коррозионная стойкость покрытий не отличается от коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т, испытанной в тех же условиях. Наплавкой карбидов хрома в смеси с чистым хромом получены покрытия, характеризующиеся одновременно высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Установлено, что максимальная износостойкость покрытий достигается при объемной доле эвтектической составляющей в слое порядка 40%. Оптимальное сочетание износостойкости и коррозионной стойкости ' наблюдается при наплавке порошковых смесей Сг3С2 и Сг в соотношении 2:1. Данная технология может использоваться в химической и нефтяной отрасли, для изготовления деталей газопроводов, теплообменников, для немагнитных деталей, работающих в слабоагрессивных средах.

Показано, что повторной электронно-лучевой импульсной обработкой можно получить слои с ультрадисперсной и наноразмерной структурой, достигнуть существенного увеличения твердости и износостойкости по сравнению с основным покрытием. При этом износостойкость определяется локальными характеристиками материала и не может быть оценена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть. Формирование в слое вторичной обработки структуры с развитой системой нанопор может служить эффективным барьером на пути развития хрупкого разрушения.

Достоверность результатов определяется применением комплекса методов физического металловедения, в том числе, методов металлографии, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро-и нанотвердости, износостойкости и др., а также использованием современного высокоточного оборудования и математических методов обработки результатов.

Личный вклад соискателя заключается в подготовке образцов для исследований, изучении структуры и фазового состава наплавленных слоев, проведении испытаний на механические свойства, коррозионную стойкость и жаростойкость, обработке полученных результатов, в анализе литературных данных, обсуждении полученных результатов, участии в формулировании основных научных положений и выводов. Все работы, опубликованные в соавторстве, выполнены при личном участии автора. Положения, выносимые на защиту:

1. Эффект увеличения твердости и износостойкости покрытий на основе карбида вольфрама, наплавленных в пучке релятивистских электронов в результате модифицирования и термической обработки.

2. Режимы наплавки карбидом хрома, позволяющие формировать покрытия с высоким содержанием хрома' в твердом растворе, обеспечивающем высокую коррозионную стойкость и жаростойкость.

3. Оптимальные режимы формирования бифункциональных покрытий на основе карбида хрома, обладающих одновременно высокими значениями износостойкости и коррозионной стойкости.

4. Экспериментальные данные о влиянии обработки низкоэнергетическим пучком электронов на структуру, твердость, износостойкость и характер разрушения наплавленных покрытий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 8Ц Международной конференции «Пленки и покрытия - 2007» (СПб, 2007); 9Ы Международной конференции «Пленки и покрытия - 2009» (СПб, 2009); XII и XIII Международных конференциях «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, 2007, 2009); 9Ш - 10ш International Conférence Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008, 2010); V Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» (г. Минск, 2010); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2009); V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2007); VII и VIII Всероссийских школах семинарах «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2007, 2008); XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007).

Публикации. Результаты работы изложены в 27 публикациях, в том числе 10 статьях в рецензируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, списка литературы из 196 наименований. Общий объем — 163 страницы, включая 43 рисунка,8 таблиц, 7 формул.

6.5. Выводы

1. Наплавкой на ускорителе электронов и последующей импульсной обработкой низкоэнергетическим электронным пучком получены покрытия с ультрадисперсной и наноразмерной дендритной структурой и развитой системой наноразмерных пор. Значения нанотвердости и модуля упругости в слое достигают высоких значений, но зависят от места погружения индентора.

2. При наноинденировании в связи с формированием неоднородной структуры наблюдаются диаграммы «нагружение-разгрузка» нескольких типов: диаграммы преимущественно упругой деформации; диаграммы, для которых вклад упругой и пластической деформаций сопоставим, или упругая деформация мала; диаграммы с площадкой на кривой нагружения, что соответствует попаданию индентора в пору.

3. Износостойкость наноразмерных покрытий не может быть определена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть. При малой площади контакта образца с индентором результат испытаний определяется свойствами отдельных структурных составляющих и существенно отличаются от результата, полученного при проведении стандартных испытаний на износ.

4. Формирование в зоне импульсной обработки наноразмерной структуры с развитой системой пор приводит к увеличению работы деформации и служит эффективным барьером для развития хрупкого разрушения. Характер излома наплавленного покрытия после импульсного воздействия становится вязким.

Заключение

1. Наплавкой карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь получены покрытия, твердость которых зависит от плотности энергии излучения, что связано с формированием различных структур в основе слоя: аустенитной, мартенситной, мартенситно-бейнитной и ферритно-мартенситной. Наивысшими значениями твердости и износостойкости обладают структуры с аустенитной матрицей. При введении в наплавочную смесь модификатора твердость и износостойкость повышаются за счет снижения дендритной неоднородности и измельчения структуры. Эффект увеличивается после термической обработки покрытий с модифицированной структурой.

2. Методом электронно-лучевой наплавки на низкоуглеродистой стали получены покрытия с высоким содержанием хрома в твердом растворе. Небольшое количество карбидов (Сг3С2, Сг7С3 и Сг23Сб) входит в состав перитектики. При содержании хрома, превышающем 12-14%, покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью (жаростойкостью), которая при увеличении плотности энергии излучения XV возрастает, достигая при = 8,5-9,5 кДж/см~ максимальных значений, сопоставимых со значениями коррозионной стойкости нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

3. Причиной роста коррозионной стойкости при увеличении плотности энергии излучения служит снятие локальных упругих напряжений, что проявляется в изменении зеренной субструктуры - переходе от дислокационной ячеистой структуры к более релаксированной структуре с хаотическим распределением дислокаций. Высказано предположение, что коррозионное разрушение покрытия под действием локальных внутренних напряжений связано со скольжением дислокаций, близко расположенных к поверхности, образованием ступеньки и разрушением защитной пленки.

4. Наплавкой смесей карбида хрома с хромом сформированы покрытия со структурой сплавов доэвтектического типа, состоящей из зерен аустенита, областей эвтектики на основе карбидов Сг7С3 и Сг2зС6 и соединений СгС, Сг3С2, РеСг. Покрытия характеризуются высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, удовлетворительной прочностью и пластичностью. Покрытия обладают улучшенными механическими свойствами в сравнении со сплавами аналогичного состава, подвергнутыми стандартной термической обработке - отпуску, закалке.

5. Износостойкость покрытий на основе карбидов хрома не коррелирует с их твердостью. Максимальные значения износостойкости достигаются при объемной доле карбидной фазы ~ 40%. Дальнейший рост числа карбидов в слое приводит к уменьшению износостойкости, несмотря на увеличение твердости, что связано с измеиением механизма износа, разрушением и выкрашиванием карбидных частиц. Оптимальное сочетание износостойкости и коррозионной стойкости наблюдается при однослойной наплавке порошковых смесей Сг3С2 и Сг в соотношении 2:1.

6. Импульсной обработкой покрытий низкоэнергетическим электронным пучком получены слои с ультрадисперсной и наноразмерной дендритной структурой, нанотвердость и модуль упругости которых достигают высоких значений. При инденировании наблюдаются диаграммы «нагружение-разгрузка» нескольких типов. Износостойкость покрытий после вторичной обработки не может быть определена простой экстраполяцией значений из макрообласти в микрообласть и при малой площади контакта «образец-контртело» определяется свойствами отдельных структурных составляющих покрытия. Наличие в структуре развитой системой пор приводит к увеличению работы деформации и может служить барьером для развития хрупкого разрушения.

1. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии.

2. Московский энергетический университет. М: МЭИ, 1998. - 162 с.

3. Рыкалин H.H., Зуев И.В., Углов A.A. Основы электронно-лучевойобработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. - 239 с.

4. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М.:1. Энергия, 1980. 528 с.

5. Поболь И.Л. Модифицирование металлов и сплавов электронно-лучевойобработкой (Обзор) // МиТОМ. 1990. - №7. - С. 42-47.

6. Рыкалин H.H., Углов A.A., Зуев И.В. Лазерная и электронно-лучеваяобработки материалов. -М.: Машиностроение, 1985. 217 с.

7. Радченко М.В. Теплофизические факторы формирования структуры приэлектронно-лучевом упрочнении // Изв. СО РАН СССР. СЕР.тенх.наук. -1988. Т.6. - №21. - С. 49-53.

8. Application of particle and laser beams in materials technology // Ed. by P.

9. Misaelides. Dordrecht-Boston-London: Kluwer Academic Publishes. 1994. -678 p.

10. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными иэлектронными пучками // Под ред. Дж. М. Поута и др. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

11. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы / Сборникнаучных трудов под ред. H.H. Рыкалина. М.: Наука. - 1985. - 246 с.

12. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М.: Высшая школа. 1998. - 324 с.

13. Технологические лазеры. Справочник в двух томах. Том 1. Расчёт, проектирование и эксплуатация. Под ред. д.т.н. Абильсиитова Г.А. М.: Машиностроение. 1991.-432 с.

14. Рыкалин H.H., Углов A.A., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов.

15. М.: Машиностроение. 1975. - 296 с.

16. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г. и др. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика. / Под редакцией В.И. Конова. М.: Физматлит. - 2008.-312 с.

17. Летохов B.C., Устинов Н.Д. Мощные лазеры и их применение. М.: Советское радио. - 1980. — 112с.

18. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки. М.: Машиностроение.1989.-304 с.

19. Физико-химические процессы обработки материалов концентрированнымипотоками энергии. // Сборник научных трудов под редакцией A.A. Углова.- М: Наука. 1989. - 270 с.

20. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Ремне Н.Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий // Сварочное производство. — 2000. — №2. С. 34-38.

21. Белюк С.И., Самарцев В.П., Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Раскошный

22. С.Ю., Колесникова К.А. Электронно-лучевой наплавка в черной металлургии // Физическая мезомеханика. 2006. - №9. - С. 157-160.

23. Пат.2205094 РФ. Способ электронно-лучевой наплавки / В.Е.Панин, С.И.

24. Белюк, В.Г. Дураков и др. // изобретения. 2003.

25. Скринский А.Н., Мизин В.Г., Фоминский Л.П. и др. Высокопроизводительная наплавка и оплавление порошковых покрытий пучком релятивистских электронов // ДАН СССР. — 1985. Т.283. — № 4.- с. 865-869.

26. Фоминский Л.П., Казанский В.В. Наплавка порошковых покрытий пучком релятивистских электронов // Сварочное производство, 1985. -№5-С. 13-15.

27. Способ вневакуумной электронно лучевой обработки. Заявка №1328114. Заявл. 13.09.85, №3967059/3127, опубл. 07.08.87.

28. Фоминский Л.П. Особенности воздействия электронных пучков напорошки при формировании покрытий // Электронная обработка материалов.- 1986. №2. - С. 20-22.

29. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г. Упрочнение стали легированием в пучке релятивистских электронов // Известия ВУЗов, Физика, — 1993. — № 3. — 57-63.

30. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г. Особенности формирования структуры и свойств поверхностного слоя стали при облучении пучком релятивистских электронов// МиТОМ. 1997. - №4. - С.13-16.

31. Полетика И.М., Борисов М.Д. Твёрдость и износостойкость стали послеоблучения пучком релятивистских электронов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996, - №12. - С. 16-19.

32. Краев Г.В., Полетика И.М., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г.,

33. Борисов М.Д. Легирование стали с использованием энергии релятивистских электронов // Изестия Сибирского отделения Академии наук СССР. 1989. вып. 4. - С. 119 - 125.

34. Полетика И.М., Борисов М.Д., Хорошков В.И. Формирование структурыповерхностного слоя стали при электронно-лучевом легировании // Известия ВУЗов, Физика. 1994. - №4. - С. 89 - -94.

35. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г., Дураков В.А. Основы легирования стали в пучке релятивистских электронов // Известия ВУЗов, Физика. 1996. - № 3 - С. 115—125.

36. Радченко М.В., Батырев Н.И., Тимошенко В.П. Структура и свойства индукционных и электронно-лучевых наплавок из порошкообразных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. -1987,-№7.-С. 58-60.

37. Радченко М.В., Берзон Е.В., Косоногов E.H. Электронно-лучевая наплавка в вакууме порошковой инструментальной стали // Известия СО АН СССР, серия технических наук. 1989. - Вып. 4. - С. 115 - 118.

38. Радченко M.B. Исследование структуры и свойств защитных покрытий,полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме // Препринт, Барнаул. Издательство Алтауского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 1993. - №1. - 27 с.

39. Радченко М.В., Белянина Т.Н. Исследование характера коррозионного износа защитных покрытий, выполненных методом электронно -лучевой наплавки порошковых сплавов в вакууме // Перспективные материалы. 1997. - №6. - С. 56-60.

40. Радченко М.В., Пильберг Е.В. Упрочнение поверхности сплавов электронно-лучевым оплавлением порошковых материалов // Порошковая металлургия. Всесоюзная конф., 17-19 мая, 1989. -Свердловск. - С. 13 — 14.

41. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Белюк С.И. и др. Электроннолучевая наплавка износостойких композиционных покрытий на основе карбида титана // ФХОМ. 1997. - №2. - С. 54 - 58.

42. Панин В.Е., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Полев И.В., Белюк С.И. Электронно-лучевая наплавка порошковых карбидосталей // Физика и химия обработки материалов. 1998. - №6. С. 53 - 59.

43. Гальченко Н.К., Дампилон Б.В., Самарцев В.П., Белюк С.И. Формирование структуры и свойств композиционных литых покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме // Литейщик. Россия. 2002. - №2. - С. 38 - 41.

44. Степуляк С.В., Дураков В.Г., Почивалов Ю.И., Гнюсов С.Ф. Формирование структуры титано матричных композитов при электронно-лучевой наплавке на сплав ВТ6 // ФиХОМ. - 2003. - №4. -С. 31-35.

45. Гальченко Н.К., Белюк С.И., Панин В.Е., Самарцев В.П., Шиленко A.B.,

46. Лепакова O.K. Электронно-лучевая наплавка композиционных покрытий на основе диборида титана // ФиХОМ. 2002. - №4. - С.68-72.

47. Гапьченко Н.К., Дампилон Б.В., Белюк С.И., Самарцев В.П. Покрытия наоснове азотистой стали с карбонитридным упрочнением, полученные методом электронно-лучевой наплавки // ФиХОМ. 2003. - №2. - С.61-65.

48. Шипко A.A., Поболь И.Л., Урбан И.Г. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева. — Минск: Наука и техника, 1995. - 280 с.

49. Поболь И.Л. Электронно-лучевая термообработка металлических материалов // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Металловедение и термическая обработка. 1990. — Т.24. - С. 99-166.

50. Поболь И.Л. Модифицирование металлов и сплавов электронно-лучевойобработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. -1990.-№7.-С. 42-47.

51. Полетика И.М., Голковский М.Г., Борисов М.Д., Салимов P.A., Перовская

52. М.В. Формирование упрочняющих покрытий в пучке релятивистских электронов // ФХОМ. 2005. - № 5. - С. 29 - 41.

53. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Калинин А.Н., Салимов P.A. Закалка поверхностного слоя среднеуглеродистой стали с использованием энергии релятивистских электронов // Перспективные материалы. 2006. - № 2. - С. 73 - 79.

54. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Беляков E.H., Салимов

55. P.A., Батаев В.А., Сазанов Ю.А. Формирование коррозионно-стойких покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Перспективные материалы. 2006. - № 2. - С. 80 - 86.

56. Рудаков Jl.И., Демидов Б.А., Углов B.C. Возможности использования сильноточных релятивистских электронных пучков в технологических целях // Физика и химия обработки материалов. 1989. - №5. - С. 11—15.

57. Лисоченко В.Н., Дудко Г.В., Чередниченко Д.И. Расчет режимов оплавления материалов ленточным электронным лучом // Физико-технологические вопросы кибернетики. — Киев: — 1976. — С. 10-14.

58. Будкер Г.И., Салимов Р.А. и др. Ускоритель заряженных частиц. Авторское свидетельство № 589698.

59. Горбунов В.А., Салимов Р.А. и др. Зона проплавления металлической пластины пучком электронов с энергией 800-1500 кВ мощностью до 75 кВт. // Сварочное производство. 1979. - С. 10-15.

60. Ауслендер В.Л., Салимов Р.А. Ускоритель электронов Института ядернойфизики СО РАН СССР для народного хозяйства // Атомная энергия. -1978. Т. 44. - Вып. 5. - С. 403-405.

61. Veis М.Е., Kuksanov N.K., Korabelnikov В.М., Nemytov P.I., Salimov R.A.

62. High voltage electron accelerators at a power of up to 90 kW // Radiation Physics and Chemistry. 1990. - Vol. 35. - № 4-6. - P. 658-661.

63. Veis M.E., Kuksanov N.K., Korabelnikov B.M., Kosilov M.R., Salimov R.A.,

64. Prudnikov V.V. Development of the next generation of powerful electron accelerators // Radiation Physics and Chemistry. 1995. - Vol. 46. - №. - P. - 11-12.

65. Salimov R.A., Zimek Z. Windowless output for high power low energy electron accelerators // Radiation Physics and Chemistry. - 1992. - Vol. 40. -P. 317-320.

66. Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В., Оришин A.M., Рахимянов

67. Х.М., Салимов Р.А., Щукин В.Г., Косарев В.Ф. Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Новосибирск, Сибирская издательская фирма РАН, 2000. С. 162 - 169.

68. Fadeev S.N., Golkovski M.G., Korchagin A.I., Kuksanov N.K., Lanruhin A.V.,

69. Petrov S.E., Salimov R.A. and Vaisman A.F. Technological applications of BINP industrial electron accelerators with focused beam extracted into atmosphere // Radiation Physics and Chemistry. 2000. - Vol. 57. - № 3-6. -P. 653-655.

70. Фоминский Л.П., Шишханов T.C. // Материалы Всесоюзной конференции: "Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой' металлургии и защитных покрытий. Минск. -1983.-С. 188-191.

71. Фоминский Л.П., Шишханов П.С. Особенности оплавления поверхностейи покрытий пучком электронов // Сварочное производство. — 1984. — №4. -С. 25-27.

72. Фоминский Л.П., Левчук М.В., Вайсман А.Ф., Фадеев С.Н., Сидоров С.А.,

73. Муров Г.Ф., Салимов Р.А. Наплавка рабочих органов сельхозмашин с помощью электронного ускорителя // Сварочное производство. 1987. -№1.-С. 4-6.

74. Salimov R.A., Cherepkov. V.G., Golubenko J.G., Krainov G. S., Korabelnikov

75. Голковский М.Г., Корчагин А.И., Куксанов H.K., Лаврухин А.В., Салимов

76. Р.А., Фадеев С.Н. Некоторые прикладные аспекты использования выведенного в атмосферу интенсивного сфокусированного электронного пучка // Наука — производству. — 2003. — №7. — С. 18-22.

77. Poletika I.M., Golkovski M.G., Perovskaya M.V., Salimov R.A. Electron beamfusion of the stainless steel on the plain carbon steel // Изв. Вузов. Физика. 2006, №8, приложение С, стр. 272 275.

78. Перовская М.В. Создание износостойких и коррозионно-стойких слоев методами вневакуумной электронно-лучевой закалки и наплавки // Дис. к.т.н., — Томск. — 2007. — 173 с.

79. Фоминский Л.П., Левчук М.В., Вайсман А.Ф. и др. ЕТаплавка рабочих органов сельхозмашин с помощью электронного ускорителя // Сварочное производство. 1987. — №1. - С.4-6.

80. Dongwoo Suh, Sunghark Lee, Yangmo Koo, Byungil Jeong and Golkovski M.

81. Microstructural Study of a High Speed Steel Roll Irradiated by Accelerated Electron Beam. // Journal of the Korean Institute of Metals and Materials. -1995.-Vol. 33.-№8.-P. 991-1000.

82. Seong-Hun Choo, Sunghak Lee and Golkovski Mikhail G. Effects of electronbeam irradiation on surface hardening and fatigue properties in an AISI 4140 steel used for automotive crankshaft // Material Since and Engineering A293. 2000. - P. 56-70.

83. Вайсман А.Ф., Салимов Р.А., Голковский М.Г., Джун Чул О, Кванг Джун

84. О. Способ формирования защитных покрытий на титановых сплавах. Патент Российской Федерации RU2164265 Cl, 20 марта 2001г., приоритет от 25.06.1999г.

85. Барис H.M., Голковский M.Г., Куксанов H.K., Тушинский Л.И. Электронно лучевая вневакуумная наплавка защитных покрытий на титановые сплавы. // Вестник «Радтех Евразия» Москва - Новосибирск.- 2002. №1(11). - С. 50-62.

86. Полетика И.М., Борисов М.Д., Гладышев С.А., Свирчев Н.Е., Прошкин В.В., Михляева Н.В., Суховаров В.Ф. Легирование малоуглеродистой стали с помощью интенсивных источников // Физика и химия обработки материалов. 1986.- №3.- С. 135-138.

87. Полетика И.М., Борисов М.Д., Дубовик Н.А. Легирование наплавленногометалла карбидом бора // Изв. СО РАН СССР. Серия технических наук.- 1987.-Вып. 5.-С. 72-75.

88. Прошкин В.В., Свирчев Н.Е., Полетика И.М., Борисов М.Д. Упрочнениеповерхности стали интенсивными потоками энергии. Обзор ЦНИИ информации. 1988. - С. 75.

89. Полетика И.М., Краев Г.В., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г.

90. Легирование стали с использованием энергии релятивистских электронов // Изв. СО АН СССР. Серия технических наук. 1989. - Вып. 4.-С. 119-125.

91. Борисов М.Д., Краев Г.В., Полетика И.М. Использование термообработкидля модифицирования структуры наплавленного слоя // Изв. ВУЗов. Физика. 1992. - №2. - С. 70-73.

92. Полетика И.М., Борисов М.Д., Гладышев С.А., Свирчев Н.Е., Прошкин

93. B.В., Михляева Н.В., Суховаров В.Ф. Легирование малоуглеродистой стали с помощью интенсивных источников // Физика и химия обработки материалов. 1986 - №3. - с. 135-138.

94. Полетика И.М., Борисов М.Д., Краев Г.В., Мейта В.П., Вайсман А.Ф., Голковский М.Г. Упрочнение стали легированием в пучке релятивистских электронов // Известия ВУЗов, Физика. — 1993 — № 3.1. C. 57-63.

95. Полетика И.М. Упрочнение поверхностного слоя стали легированием вконцентрированных потоках энергии. Диссертация па соиск. уч. степ, д.т.н., ИФГТМ СО РАН, Томск, 1996.

96. Полетика И.М., Голковский М.Г., Борисов М.Д., Салимов Р.А., Перовская

97. М.В. Формирование упрочняющих покрытий в пучке релятивистских электронов // Физика и химия обработки материалов. 2005. — №5. - С. 29-41.

98. Полетика И.М., Краев Г.В., Мейта, В.П., Голковский М.Г., Вайсман А.Ф.

99. Легирование стали при обработке электронным пучком. // "Применение ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве" VI Всесоюзная конференция. Тезисы докладов. Ленинград, октябрь 1988 г., С. 143-144

100. Jun Cheol Oh, Kwangjun Euh, Sunghak Lee, Yangmo Koo and Nack J. Kim.

101. Hardness improvement of TiB2/Ti surface alloyed material fabricated by high-energy electron beam irradiation // Scripta Materialia, Vol. 39, No. 10, pp. 1389-1394, 1998.

102. Голковский М.Г., Полетика И.М., Салимов P.A. Электронно-лучевая наплавка покрытий на титановые сплавы. // ФиХОМ. — 2009. — №1. С. 56-64.

103. Koval N.N., Sochugov N.S., Devyatkov V.N., Grigoryev V.P., Arslanov I.R.,

104. Mikov A.V., Podkovyrov V.G., Kensuke Uemura. Automated power-complex for materials by electron beam // Известия вузов. Физика. — 2006. — т.49. -№8. Приложение. - С. 51-54.

105. Ozyr G.E., Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P., Markov A.B. Production and application of lowenergy, high-current electron beams // Laser and Particle Beams. -2003.-V.21.-P. 157-174.

106. Коваль H.H., Иванов Ю.Ф. Наноструктуриро ванне поверхности металлокерамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке // Известия Высших учебных заведений. Физика. 2008. - № 5. - С. 60-70.

107. Rotshtein V.P., Proskurovsky D.I., Ozur G.E., Ivanov Yu.F., Markov A.B. Surface modification and alloying of metallic materials with low-energyhigh-current electron beams // Surface & Coatings Technology. 2004. - №180-181.-P. 377-381.

108. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Объемные изменения микротвердости твердого сплава WC-сталь 110Г13 при воздействии низкоэнергетического сильноточного электронного пучка // Письма в ЖТФ. 1999. - Т. 25. - № 20. - С. 54-58.

109. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.Г1. Поверхностная и объемная модификация мартанцовистой стали низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком // Физика и химия обработки материалов. 2003. - № 1. - С. 16-21.

110. Иванов Ю.Ф., Коваль H.H., Овчаренко В.Е. Электронно-пучковая модификация твердого сплава TiC-NiCr. Рельеф поверхности обработки // Известия вузов. Черная металлургия. — 2007. — № 12. — С. 59-60.

111. Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф., Баохай Юй. Наноструктурное упрочнениеинструментального металлокерамического сплава при электронно-пучковом облучении его поверхности // Перспективные материалы. Спец. выпуск. 2007. - Сентябрь. - С. 450^155.

112. Grigoriev S.V., Ivanov Yu.F., Koval N.N., Devyatkov V.E., Ovcharenko V.E.,

113. Psakhie S.G., Chudinov V.A. Pulse electron beam modification of TiC-NiCr hard alloy // Известия вузов. Физика. Приложение. 2006. - Т. 49. - № 8. -С. 307-310.

114. Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф. Трибологические свойства наноструктурированной поверхности металлокерамического сплава на основе карбида титана // Известия Томского политехнического университета. 2008. - Т. 313.-№2.- С. 114-118.

115. Колубаева A.B., Иванов Ю.Ф., Девятков В.Н., Коваль H.H. Импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка закаленной стали // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2007. №8. - С. 30 - 34.

116. Иванов Ю.Ф., Целлермаер И.Б., Ротштейн В.П., Громов В.Е. Электронно-пучковая модификация закаленной стали // Физическая мезомеханика. 2006.-т.9.-№5. С. 107-114.

117. Целлермаер И.Б., Коновалов C.B., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П. Электронно-пучковая модификация перлитной стали. Зона твердофазного преобразования // Заготовительные производства в машиностроении. 2006. №7. - С. 36 — 39.

118. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Коновалов С.В., Коваленко В.В., Целлермаер И.Б. Электронно-пучковая обработка углеродистой стали // Перспективные материалы. Спец. выпуск. 2007. -№9. С. 415 -418.

119. Иванов Ю.Ф., Иванова О.В. Структурно-фазовые превращения углеродистой стали, обработанной высокоэнергетическим сильноточным электронным пучком // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2007. Т.4. - № 1. - С. 51 - 57.

120. Ivanov Yu.F. Electron-beam micrometallurgy: high-chromium steels // Известия ВУЗов. Физика. Приложение. 2006. Т 49. - №8. - С. 297-300.

121. Ivanov Yu., Matz W., Rotshtein V., Gunzel R., Shevchenko N. Pulsed electron-beams melting of high-speed steel: structural phase transformations and wear resistance// Surface and Coatings Technology. 2002. №150. - P. 188-198.

122. Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П., Орлов П.В. и др. Влияние воздействия низкоэнергетичного сильноточного электронного пучка на прочностные свойства и структуру твердого сплава на основе карбидов вольфрама и титана// ФиХОМ. 1999. №5. - С. 26 - 31.

123. Ivanov Yu.F., Rotshtein V.P., Proskurovsky D.I., Orlov P.V. e.a. Pulsed electron-beam treatment of WC-Ti-C-Co hard-alloy cutting tools: wear resistance and microstructural evolution // Surface and Coating Technology. 2000.-V.I.-№125 (1-3).-P. 251-256.

124. Gnyusov S., Tarasov S., Ivanov Yu., Rothstein V. The effect of pulsed electron beam melting on microstructure, friction and wear of WC-Hadfield steel hard metal // Wear. 2004. V.257. - P. 97-103.

125. Гнюсов С.Ф., Тарасов С.Ю., Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П. Влияние импульсного электронно — лучевого плавления на микроструктуру и триботехнические свойства твердого сплава WC — сталь 1 ЮГ 13 // ФиХОМ. 2003. - №4. - С.19-27.

126. Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф. Влияние электронно-импульсного облучения на микроструктуру поверхностного слоя металлокерамического сплава // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2008. — №7. С.48-52.

127. Алехнович B.H., Алифанов A.B., Гордиенко А.И., Поболь PI.Л. Электронно-лучевая обработка материалов. Минск: Белорусская наука. -2006.-320 с.

128. Лившиц А.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. М.: Машиностроение, 1969. — 188 с.

129. Полетика И.М., Голковский М.Г., Борисов М.Д., Салимов Р.А., Перовская М.В. Основы формирования упрочняющих покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов.// Физика и химия обработки материалов. — 2005. — №5. — с. 29-41.

130. Strutt Р.В. A comparative study of electron beam and laser melting of M2 tool steel // Materials Science and Engineering. 1980. - № 44. - p. 239-250.

131. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. -М. :Физмалит.-2007.-416 с

132. Рамбиди H.A., Берёзкин А,В. Фихические и химические основы нанотехнологий. М.: Физмалит.-2008.-456 с

133. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение. - 2007. -496 с.

134. Головин Ю.А. Наноиндентирование и механические свойства твердых тел в субмикрообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках // Физика твердого тела. 2008. - Т.50. - вып. 12. - С.2113 - 2142

135. Малыгин Г. А. Пластичность и прочность микро- и нанокристалличес-ких материалов // Физика твердого тела. 2007. -т.49. - вып.6. - с.961-982

136. Голковский М.Г. Расчет температурных полей и формирование структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов при облучении пучком релятивистских электронов // Дис. .к.ф.-м.н., -Томск, 2007. 277 с.

137. ГОСТ 8568-77. Листы стальные с ромбическим и чечевичным рифлением. Технические условия.

138. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

139. ГОСТ 14637-89. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества.

140. ГОСТ 19903-74. Сталь листовая горячекатаная.

141. Физические величины. Справочник. Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: "Энергоатомиздат". - 1991. - 1232 с.

142. Е.К. Storms: The Refractory Carbides, Academic Press, New York, 1967, pp. 1-17.

143. Киффер P., Бенезовский Ф. "Твердые сплавы". M.: Металлургия. -1971. С. 18-20

144. Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник". Л.: Химия. - 1977.-60 с.

145. Фигуровский H.A. Открытие элементов и происхождение их названий. — М.: Наука.- 1970.-207 с.

146. Салли А., Брэндз Р. Хром. М.: Металлургия. - 1971. - 306 с.

147. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия, т.2. М.: Мир.'- 1972.-560 с.

148. Девятков В.Н., Коваль H.H., Щанин П.М. Использование дугового контрагированного разряда для генерации интенсивных электронных пучков // Известия ВУЗов. Физика. 1994. т.37. вып.З. С. 76-82.

149. Назаров Д.С., Озур Г.Е., Проскуровский Д.И. Генерация низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным анодом // Известия ВУЗов. Физика. 1994. - Т.37. - вып.З. -С. 100-114.

150. Schuman H. Metallographie. Leipzig: VER, 1964. - 621 s.

151. Металлография сплавов железа / H. Лямбер, Т Греди, А. Хабракен и др.; Под ред. Н. Лямбера. — М.: Металлургия. 1985. - 248 с.

152. Приборы и методы физического металловедения. М.: Мир. -1973. -428 с.

153. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. — М.: Металлургия. -1970.-376 с.

154. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. — М.: Металлургия. -1977.-280 с.

155. Глаголев A.A. Геометрические методы количественного анализа агрегатов под микроскопом. — Львов.: Госгеолиздат. -1941. 264 с.

156. Электронограммы и их интерпретация / К. Эндрюс, Д. Дайсон, С. Киоун -М.: Мир.-1971.-256 с.

157. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

158. ГОСТ 23.208-79 Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы.

159. ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой, 4 калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

160. ГОСТ 9.905-82. Методы коррозионных испытаний. Общие требования.

161. ГОСТ 9.908-85. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.

162. ГОСТ 6130-71.Металлы. Методы определения жаростойкости.

163. ГОСТ 14019-2003. Материалы металлические. Метод испытания на изгиб.

164. ГОСТ 18228-94. Материалы металлические спеченные, кроме твердых сплавов. Определение предела прочности при поперечном изгибе.

165. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Иванов Ю.Ф.,

166. Перовская М.В. Формирование структуры металла электронно-лучевойнаплавки карбидом вольфрама. // Перспективные материалы. -2009. -№4. С. 65-70.

167. Крылова Т. А., Полетика И.М., Голковский М.Г. Влияние модифицирования и термической обработки на структуру металла покрытия, полученного электронно-лучевой наплавкой карбидом вольфрама.// Упрочняющие технологии и покрытия. — 2009. №10. — С. 39-45.

168. Фролов В.В. Теория сварочных процессов. М.: Высшая школа, 1988. -559с.

169. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

170. Туманов В.И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама кобальт. -М.: Металлургия, 1971. - 568 с.

171. Фрумин Н.И. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков: Металлугиздат. 1961. - 421 с.

172. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985.-240с.

173. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. - 480с.

174. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская ' М.В. Структура и свойства хромсодержащих покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере. // МиТОМ. 2009. - №3. - С. 15-22.

175. Скорчеллети В.В. Теоретические основы коррозии металлов. -Ленинград: Химия, 1973. 264 с.

176. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А., Салимов Р.А., Гнюсов С.Ф., Гальченко Н.К. Создание бифункциональных покрытий методом электронно-лучевой наплавки // Перспективные материалы. — 2007. №1. - С. 78-85.

177. Полетика И.М., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская М.В. Структура и свойства коррозионно-стойких покрытий,полученных методом электронно-лучевой наплавки в атмосфере воздуха //МиТОМ.-2009.-№12.-С. 33-39.

178. Полетика И.М., Голковский М.Г., Перовская М.В., Крылова Т.А., Салимов Р.А. Формирование покрытий двойного назначения методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки. // Физическая мезомеханика. Специальный выпуск. 2006. — Т.9. — С. 177—180.

179. Полетика И.М., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Перовская М.В. Создание коррозионно-стойких покрытий на низкоуглеродистой стали // Труды 8я Международной конференции «Пленки и покрытия 2007», Санкт-Петербург: Изд-во Политехи. Ун-та, 2007. - С. 94 — 98.

180. Макаров С.А., Полетика И.М., Перовская М.В., Крылова Т.А. Формирование износостойких покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Труды VII Всероссийской школы-семинара. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. С. 130-134.

181. Макаров С.А., Крылова Т.А. Формирование многофункциональных покрытий на основе карбида хрома методом вневакуумной электроннолучевой наплавки // Труды VIII Всероссийской школы-семинара. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. С. 120-124.

182. Forming of Multifunctional Coats by Vacuum-Free Electron Beam Surfacingand Thermal Treatment of this Coats. T.A. Krilova, I.M. Poletika, M.G.th

183. Golkovski, M.V. Perovskaya // 9 International Conferenceon Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: 2008. - P. 254-256.

184. Виноградов B.H., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. M.: Машиностроение, 1990. 224 с.

185. Сорокин Г.М., Чечин Ю.А., Солдатов Г.М. Способ оценки стойкости наплавочных материалов по их электросопротивлению // Вестник машиностроения. 1978. №8. - С. 37-39.

186. Крылова Т.А., Полетика И.М., Голковский М.Г., Иванов Ю.Ф., Тересов А.Д. Соединение технологий электронно-лучевой обработки для формирования упрочняющих покрытий на низкоуглеродистой стали //

187. Труды V й международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов»г. Минск, 15-17 сентября 2010г. - С. 143-147.

188. Полетика И.М., Иванов Ю.Ф., Голковский М.Г., Крылова Т.А., Тересов А.Д., Макаров С.А. «Создание нового класса покрытий методом двойной электронно-лучевой обработки ». // Перспективные материалы. 2010. -№1. - С. 11-18.

189. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М: Металлургия. - 1976. - 560 с.